隧道初支噴射混凝土超耗原因分析及降耗措施研究

摘? 要：目前隧道初支混凝土施工普遍采用噴射混凝土方法，研究表明噴射混凝土超耗對隧道施工成本影響巨大，因此隧道工程噴射混凝土超方量控制是每個隧道施工企業(yè)都會面臨的重要難題。本文依托桂林至柳城高速公路段在建隧道施工工程，研究隧道工程初支施工中影響噴射混凝土損耗的主要因素，并結(jié)合相關(guān)試驗提出具體降耗措施。以期為工程應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道;噴射混凝土;超耗;配合比;周邊眼

中圖分類號：U455.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-6903（2020）03-0000-00

1 工程概況

桂林至柳城高速公路既是“縱5”桂林經(jīng)柳州至南寧第二通道的重要組成部分，也是“橫2支線”桂林至河池高速公路的重要組成部分。本項目采用雙向四車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度100 Km/h。隧道設(shè)計為高速公路雙向四車道分離式隧道。其中永福屯隧道全長5643.5m。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

目前，從隧道已施工段情況來看，初支超耗情況嚴(yán)重，永福屯隧道出口右線K66+399.1-K66+341.3超耗率達(dá)在64.84%，隧道超耗控制刻不容緩。

3 因素分析

隧道噴射砼超耗主要是由隧道洞身超挖、噴射砼回彈率偏高兩方面造成。具體原因如下：

3.1 噴射砼回彈量超標(biāo)的原因分析

通過對試驗室、拌合站以及現(xiàn)場噴砼作業(yè)過程進(jìn)行監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)以下導(dǎo)致彈量超標(biāo)的原因：

（1）由于原材料不合格，砂的細(xì)度模數(shù)偏高、含泥量偏高，粗集料的級配、壓碎值等指標(biāo)超標(biāo)，導(dǎo)致回彈量偏高。

（2）施工工藝及技術(shù)水平有待提高，現(xiàn)場操作人員不固定，技術(shù)水平參差不齊。現(xiàn)場施工過程中噴射角度、距離控制不準(zhǔn)，隨意調(diào)整。

（3）噴射設(shè)備的水壓、風(fēng)壓及速凝劑添加量無儀器監(jiān)控，無法實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

（4）試驗室未根據(jù)隧道洞身實際水文地質(zhì)情況及時調(diào)整配合比，導(dǎo)致設(shè)計配合比在實際施工中應(yīng)用效果不佳。

3.2 隧道洞身超挖原因分析

每循環(huán)開挖完成后由測量組對開挖輪廓線進(jìn)行掃描發(fā)現(xiàn)，隧道開挖輪廓線比設(shè)計輪廓線普遍超出30cm～50cm，超挖現(xiàn)象極為嚴(yán)重。經(jīng)過現(xiàn)場考察和討論分析得出以下導(dǎo)致隧道洞身超挖的原因：

（1）開挖預(yù)沉量控制不嚴(yán)，導(dǎo)致洞身超挖超過設(shè)計、規(guī)范允許值。

（2）隧道洞身開挖每循環(huán)進(jìn)尺過長，超出規(guī)范允許最大值進(jìn)尺深度。由于周邊眼帶有一定的外插角，導(dǎo)致洞身徑向超挖過大。

（3）隧道洞身開挖時周邊眼的角度、間距、深度、線裝藥密度及藥卷直徑未嚴(yán)格把控，缺乏自檢，造成洞身光面爆破效果不佳。

4 擬采取的降耗措施

4.1 針對噴射砼回彈量超標(biāo)擬采取的降耗措施

（1）由物資部聯(lián)合實驗室規(guī)范物質(zhì)材料采購品質(zhì)及進(jìn)場驗收流程，嚴(yán)禁使用不合格材料。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)交底，對隧道司鉆人員和噴射混凝土設(shè)備操作人員等進(jìn)行定人定崗，加強(qiáng)崗位培訓(xùn)與技術(shù)交底，提高各工種的熟練程度。

（3）根據(jù)隧道現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行設(shè)備改良。在干噴機(jī)上增加計量設(shè)備，保證速凝劑的準(zhǔn)確添加;在噴嘴處的高壓風(fēng)管上增加壓力表，可調(diào)整噴射風(fēng)壓;在噴嘴處高壓水管上增加壓力表，可有效控制加水量。

（4）調(diào)研幾種速凝劑，通過凝結(jié)試驗對比，得到每種速凝劑初凝時間、終凝時間，確定出效果最佳速凝劑。通過常規(guī)配合比設(shè)計及現(xiàn)場試噴調(diào)整配合比，最終調(diào)配出既能保證強(qiáng)度，又能適應(yīng)施工的配合比[1]。

4.2 針對隧道洞身超挖擬采取的降耗措施

（1）認(rèn)真分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，及時把握圍巖變形趨勢。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時調(diào)整預(yù)沉量值，將預(yù)沉量值控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

（2）隧道每循環(huán)進(jìn)尺過長不但造成洞身超挖，而且容易引起塌方冒頂?shù)壬a(chǎn)安全事故，因此應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范要求的單次圍巖進(jìn)尺長度開挖。

（3）掌子面炮孔的設(shè)計是一個動態(tài)調(diào)整和不斷優(yōu)化的過程，通過對每排炮孔進(jìn)行爆破分析，進(jìn)行階段總結(jié)和改進(jìn)，確定出不同級別圍巖下的最佳炮孔布置形式、最佳裝藥量、最佳爆破方式等[2]。

5 施工現(xiàn)場驗證

5.1 施工現(xiàn)場針對噴射砼回彈量超標(biāo)實際情況開展工作

（1）原材料選擇方面規(guī)范采購品質(zhì)優(yōu)良及規(guī)范進(jìn)場驗收流程，從源頭上保證材料品質(zhì)。水泥選用硅酸鹽水泥;砂選用中硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)2.3～3.0，含水率宜控制在5%～7%，含泥量不得大于3%;粗集料選用粒徑不大于15mm的碎石，壓碎值小于30%。

（2）對設(shè)備操作人員等進(jìn)行定人定崗，嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)交底，提高各工種的工作熟練程度。經(jīng)現(xiàn)場噴射試驗得出以下施工技術(shù)指標(biāo)：噴射角度要盡量與噴射面垂直，噴嘴與受噴面的距離控制在0.8～1.2m;有鋼拱架或格柵拱架的地段以一榀拱架為一個噴射單元，無鋼拱架的地段以寬度1.0～2.0m為一個噴射單元，分層分段分片噴射，先墻后拱，自下而上，橫向掃射;拱部噴射厚度每層為5～7cm，墻部噴射厚度每層為7～10cm，每一段初凝后再復(fù)噴。

（3）噴射混凝土施工時，工作風(fēng)壓對回彈量的影響顯著。通過對噴漿機(jī)的微改，在高壓風(fēng)管上增加壓力表，能夠調(diào)整噴射風(fēng)壓，有效控制噴射混凝土回彈量;經(jīng)現(xiàn)場噴射試驗得出當(dāng)噴嘴與受噴面的距離控制在0.8～1.2m范圍內(nèi)時，噴射風(fēng)壓控制在5.5～6.5MPa時回彈量最低。

（4）噴射混凝土施工時，工作水壓對回彈量的影響也很顯著。通過對噴漿機(jī)的微改，在高壓水管上增加壓力表，能夠調(diào)整噴射水壓，有效控制噴射混凝土回彈量;經(jīng)現(xiàn)場噴射試驗得出噴嘴處水壓應(yīng)控制在比輸料管風(fēng)壓高0.1～0.2Mpa，且噴射作業(yè)區(qū)的系統(tǒng)水壓應(yīng)大于0.5Mpa，此時噴射混凝土效果最好。

（5）速凝劑的添加量直接影響著噴射混凝土的凝結(jié)時間，對回彈量的影響顯著，通過對噴漿機(jī)的微改，在噴漿機(jī)上增加速凝劑計量設(shè)備，保證了速凝劑的準(zhǔn)確添加。通過試驗室配合比適配及現(xiàn)場噴射試驗確定了本隧道選用的速凝劑為江蘇蘇博特生產(chǎn)的無堿一等品，添加量為5%，此時噴射混凝土的強(qiáng)度及凝結(jié)時間等指標(biāo)符合規(guī)范要求，同時回彈量最低。

（6）試驗室通過常規(guī)配合比設(shè)計得出基準(zhǔn)配合比，然后通過現(xiàn)場試噴調(diào)配出了三組既能保證噴射混凝土強(qiáng)度及凝結(jié)時間又能適應(yīng)施工現(xiàn)場的配合比;具體配合比參數(shù)如下：

①水泥：水：砂：石：速凝劑=480：240：806：745：28.8;

②水泥：水：砂：石：速凝劑=452：240：822：759：27.1;

③水泥：水：砂：石：速凝劑=510：240：790：730：30.6;

目前現(xiàn)場采用的施工配合比為第一組，選用的水泥為興安海螺水泥普通硅酸鹽水泥PO42.5水泥。

5.2 施工現(xiàn)場針對隧道洞身超挖實際開展的工作

（1）認(rèn)真分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，及時把握圍巖變形趨勢。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時調(diào)整預(yù)沉量值，將預(yù)沉量值控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

（2）對隧道司鉆人員進(jìn)行定人定崗培訓(xùn)、嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)交底，提高各工種的操作熟練程度。并采取以下技術(shù)措施：①測量放樣及時準(zhǔn)確，每次司鉆前由測量人員用紅漆標(biāo)好隧道設(shè)計開挖輪廓線;②將周邊眼位置均收至設(shè)計開挖輪廓線以內(nèi)5～10cm，針對每個周邊眼位置進(jìn)行標(biāo)注;③根據(jù)地質(zhì)圍巖條件及時調(diào)整布孔及裝藥量等爆破技術(shù)參數(shù)。

（3）隧道每循環(huán)進(jìn)尺過長不但造成洞身超挖，而且容易引起塌方冒頂?shù)壬a(chǎn)安全事故?，F(xiàn)場嚴(yán)格按照規(guī)范要求的單次圍巖進(jìn)尺長度進(jìn)行開挖。

（4）掌子面炮孔的設(shè)計是一個動態(tài)調(diào)整和不斷優(yōu)化的過程，為了獲得不同圍巖及地質(zhì)情況下合理的爆破參數(shù)，項目部在永福屯隧道出口右洞處，通過對周邊眼數(shù)量、間距的調(diào)整來分析超欠挖，得出如下結(jié)論：目前右洞圍巖等級為Ⅳb，局部存在水平層，周邊眼數(shù)量從44個逐步調(diào)整為38個，布眼平均間距從45.7cm逐步調(diào)整為53.2cm;在一定范圍內(nèi)，隨著周邊眼的數(shù)量的遞減、平均間距的增大，超挖平均值呈遞減趨勢。超挖面積從6.99m2減小到4.3m2，超挖量呈遞減趨勢。炮眼數(shù)量等于或者超過44個，平均間距小于或等于45.7cm，該類圍巖爆破后超挖值發(fā)生急劇的增加;炮眼數(shù)量介于43個至38個，平均間距介于47.2cm～53.2cm間，該類圍巖爆破后超挖值變化不大、基本穩(wěn)定，介于4.3m2～4.4m2。

6 成果反饋

通過對隧道初支噴射混凝土降耗的研究，找出了噴砼超耗的具體原因，同時也為本項目噴射混凝土超耗控制指明了方向。后期永福屯隧道出口右線K66+341.3～K66+273.3段的噴射混凝土超耗率降為31.71%，噴砼超耗率得到了顯著降低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]任文光，周鵬.隧道初支噴砼超耗原因分析及降耗措施[J].江西建材，2017（13）：171-172.

[2]徐朝峰.長大隧道噴射混凝土超耗分析及控制技術(shù)研究[J].居舍，2019（5）：69+170.

收稿日期：2020-02-20

作者簡介：劉天浩（1985—），男，湖南長沙人，本科，工程師，研究方向：橋梁隧道施工。